6. Валовой состав и карбонатный профиль черноземов

Однородность гранулометрического состава черноземов по всему профилю адекватна однородности валового состава и обусловлена однотипным составом как первичных, так и вторичных глинистых минералов.

Во всех подтипах, кроме выщелоченных и оподзоленного, наблюдается равномерное распределение по генетическим горизонтам Si0₂, Fe₂0₃, Аl₂0₃ (табл. 48) и других элементов, повторяющее особенности материнской породы.

Элювиально-иллювиальный характер распределения карбонатов кальция и магния обусловлен особенностями водного и термического режима черноземов и динамики углекислоты в почвенном воздухе и почвенном растворе. Весной, в период наибольшего развития нисходящих токов, происходит вымывание карбонатов. Однако оно не достигает глубины максимального промачивания, как это отмечается для легкорастворимых солей, а задерживается из-за очень слабой растворимости карбонатов кальция и низких концентраций углекислоты в почвенном воздухе и почвенном растворе, поскольку в это время в почве еще не протекают активные биологические процессы. Последующее повышение температуры усиливает дыхание корней и активизирует деятельность микроорганизмов, что приводит к увеличению концентрации углекислоты в почвенном растворе и большему образованию бикарбонатов, которые с восходящими токами начинают передвигаться вверх по профиле. Расход воды на испарение ведет к осаждению карбонатов и образованию иллювиально-десуктив-ного горизонта.

В оподзоленных и выщелоченных черноземах восточноевропейской фации свойственно абсолютное преобладание в профиле миграционных форм выделении карбонатов: налетов, выпотов, трубочек, прожилок и т. д. Стабильные формы карбонатов представлены журавчиками и располагаются под зоной миграционных выделений.

В черноземах обыкновенных и южных карбонаты в основном сегрегированы в рыхлые стяжения - белоглазку. Миграционные формы представлены в меньшей степени, и зоны их выделении располагаются как над зоной устойчивых форм, так и под ней. В обыкновенных черноземах формы выделений карбонатов наиболее разнообразны. В них присутствует большинство форм, наблюдаемых как в типичных и выщелоченных, так и в южных черноземах, хотя степень выраженности их меньше.

В черноземах сибирских фаций карбонатный горизонт выражен повсеместно мицелярными формами выделений. Характерны пропиточные и мучнистые пятна, изредка - белоглазка.

При изучении карбонатов в почвах почти всегда оперируют содержанием СаС0₃. В действительности исследование карбонатного профиля черноземов южно-европейской фации до глубины 10 м, показало, что свободные карбонаты распределяются примерно так: СаС0₃ - 80% и MgC0₃ - 20% (рис. 3). Это коррелирует с распределением в черноземах обменных Са²⁺ и Mg²⁺.

Рис. 3 - Карбонатный профиль черноземов Предкавказья в 10-метровом слое (Вальков, Стокозов)

Содержание карбонатов в профиле черноземов отражает их фациальные, генетические, подтиповые и родовые различия. Например, в черноземах южно-европейской фации фациальным характером отличается миграция карбонатов в профиле черноземов, которая сопровождается образованием карбонатного горизонта ниже гумусового горизонта и выделением карбонатных новообразований миграционного типа (прожилки, мицелий, паутинка). Мягкая зима, слабое зимнее промерзание, глубокое промачивание почвы, длительный теплый период, чередование нисходящих и восходящих потоков влаги определяют значительную амплитуду миграции карбонатов по профилю и появление новообразований в форме мицелия, которые хорошо наблюдаются на срезе высыхающей почвы. Карбонатный мицелий четко выражен на 20-30 см ниже линии вскипания и до начала выделений белоглазки. Мицелярные выделения карбонатов наиболее характерны для подтипов карбонатного и типичного черноземов.

Генетическая специфика содержания карбонатов отражается типично черноземным карбонатным профилем: отсутствие или малое содержание СаС0₃ в верхних горизонтах, постепенное увеличение количества карбонатов до иллювиально-десуктивного горизонта карбонатных конкреций и затем уменьшение их количества в материнской породе. Обычно карбонатный профиль фиксируется следующим количеством СаСО₃: начало вскипания от 10% НСl-0,3%, слабое вскипание - 0,3-2,0%), сильное вскипание и постепенное возрастание количества карбонатов - 2,0-8,0(10,0)%, иллювиально-десуктивный горизонт скопления извести - 8,0(10,0) - 10,0 (12,0)%, уменьшение количества карбонатов в материнской породе (лессовидных глинах и суглинках) до 8,0-10,0%. Особенности материнских пород могут вносить свои коррективы в приведенный идеальный профиль распределения карбонатов, например, в черноземах остаточно-карбонатных и бескарбонатных.

Это особенность таксономического родового отличия черноземов. В содержании свободных карбонатов четко прослеживается различие у подтипов чернозема. Эта неоднородность карбонатного профиля выявляется как в неодинаковой глубине начала появления карбонатов, так и в общем валовом содержании СаСО₃ в двухметровой толще почвы. Подсчет показывает, что в слое 0-200 см содержится СаС0₃ в пересчете на 1 м² у карбонатного - 260 кг, у типичного - 130 кг, у выщелоченного - 70 кг. Общие запасы карбоната кальция на гектар исчисляются тысячами тонн, достигая максимума в карбонатных черноземах.

Гумусовый профиль черноземов. Важнейшие свойство черноземов, их главнейшая генетическая черта - богатство гумусом особого биохимического состава.

Гумусовый профиль чернозема является продуктом степной и лугово степной растительности, произрастающей в условиях оптимального увлажнения. Первичным материалом, из которого образуется мощный гумусовый горизонт чернозема, служит не только корнеопад, но и прижизненные корневые выделения степных трав типа клеящих органических веществ и содержащие минеральные элементы. В химическом смысле черноземы можно считать наиболее совершенным почвенный органоминеральным новообразованием. Его компонент возможно приближается по своей химической структуре к индивидуальным химическим соединениям - настолько определенны его свойства, настолько однороден в пределах гумусового горизонта его состав и настолько резко он отличается от состава и структуры исходных растительных остатков. В составе гумуса чернозема преобладают черные гуминовые кислоты (ГК), связанные с кальцием.

Тенденция различий в гумусовом составе по подтипам заключается в следующем: наиболее высокое содержание гуминовых кислот наблюдается в типичных черноземах, а в подтипах черноземов оподзоленных и южных количество фракций фульвокислот увеличивается.

Необходимо отметить также значительное участие в составе гумуса негидролизуемого остатка или гумина, почти 50% от общего количества органического вещества.

Характер гумусонакопления определяет внешний вид профиля. Интенсивность темного окрашивания увеличивается от южных черноземов к выщелоченным, от слабогумусных к тучным. В том же направлении уменьшается буроватый оттенок, который у выщелоченных среднегумусных и тучных черноземов почти не выражен. В горизонте В гумусовое окрашивание ослабевает, ясно наблюдаются буроватые и коричневые тона, однако общий тон окраски - однородный, нарушаемый только у карбонатных и типичных черноземов белесыми выделениями карбонатного мицелия и новообразованиями землероющих животных. Горизонт В неоднородный по окраске, с преобладанием бурых тонов. У выщелоченных и оподзоленных черноземов наблюдаются затеки гумуса. У остальных подтипов в горизонте В неоднородность окраски создается интенсивной перерытостью, наличием червороин и кротовин, гумусовыми пятнами, обилием прожилок и мицелия карбонатов. Переходы между генетическими горизонтами постепенные.

Необходимо четко представить, что фиксируемое современное состояние гумуса в пахотных почвах далеко от истинного содержания в целинных черноземах (табл. 4).

Таблица 4 - Градации содержания гумуса в пахотных черноземах европейской части России (по А.А. Зенину, И.П. Стокозову и др.)

Как правило, дегумификации подверглось около 30 и даже 40% первоначального запаса органических веществ чернозема. На Азово-Кубанской равнине на старозалежных участках, которые можно встретить, например, около аэродромов, определение содержания гумуса показывает величины 5-7%, что близко к таковым, зафиксированным в конце XIX века В. В. Докучаевым.

Физико-химические свойства. Поглотительная способность черноземов отличается высоким уровнем: типичны величины для горизонта А 35-40 мг-экв. на 100г почвы. Высокая емкость обмена определяется, главным образом, вторичными глинистыми минералами типа монтмориллонита, каолинита и минералов иллит-монтморилонитовой группы. Поглотительная способность коллоидов органического происхождения не превышает 20% от суммы поглощенных катионов. Именно на эту величину происходит и уменьшение их количества по профилю черноземов. Высокая поглотительная способность - залог прочного, но обратимого закрепления катионов в структуре минеральных, органо-минеральных и гумусовых коллоидов. Поэтому черноземы могут удерживать и отдавать растениям элементы-биофилы: К, Са, Mg, Na и многие другие, в том числе необходимые растениям микроэлементы.

Однако есть и другая сторона экологической оценки высокой поглотительной способности черноземов. Они способны прочно закреплять надолго, если не сказать навечно, элементы-загрязнители - тяжелые металлы и радионуклиды. Поглощение этих элементов коллоидами исключает их из свободной водной миграции в ландшафтной среде. Однако корневые системы растений могут поглощать катионы загрязнителей, перераспределяя их в трофических цепях питания.

Благоприятен для общей экологической ситуации состав поглощенных катионов. На долю кальция приходится 80-90% от емкости поглощения, количество магния около 10%), натрия - менее 3-5%. В выщелоченных и оподзоленных черноземах фиксируется незначительное количество водорода. Подобный естественно сложившийся расклад катионов гарантирует оптимальные агрохимические свойства черноземов, хорошие физические свойства и структурность профиля, а также реакцию среды, близкую к нейтральной.

Физические и водно-физические свойства черноземов. Все подтипы черноземов хорошо впитывают влагу выпадающих осадков. Это связано с хорошей оструктуренностью и оптимальными физическими свойствами, обусловливающими легкую фильтрацию гравитационной влаги. Механические элементы скоагулированы в прочные микроагрегаты, преобладающая часть которых но размеру относится к песчаной и крупнопылеватой фракциям, составляющим в сумме 65-80% от веса. Целинные почвы имеют зернистую (горизонт А) и зернисто-комковатую (горизонт АВ) структуры. Однако выраженность структурных агрегатов неодинакова. Она более четка у выщелоченных и типичных черноземов. Водопрочность структуры высокая.